基于Compax3的数据融合高精度光电跟踪伺服控制系统研究--《中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）》2012年博士论文
基于Compax3的数据融合高精度光电跟踪伺服控制系统研究
【摘要】：随着科学技术的发展，目标的机动性越来越强，对光电跟踪系统的要求也越来越高。转台伺服系统作为光电精密跟踪系统的硬件设备，在光电跟踪系统的研制中起着极其重要的作用。转台伺服系统的精度主要受伺服控制器和控制方法的影响，因此选择高性能控制器和采用先进的控制算法是提高跟踪精度的主要途径。本文基于Compax3伺服控制器建立了光电跟踪伺服平台，并对共轴跟踪技术进行了探讨和实验验证。
首先介绍了光电跟踪系统的概念及组成，并对光电跟踪系统中的现有伺服控制算法和控制器的发展现状进行了简要总结。
介绍了复合控制、等效复合控制和共轴跟踪原理。实现共轴跟踪的关键在于获得目标位置、速度和加速度信号。采用预测滤波技术可以得到目标信息，但是随着跟踪目标的多样性及机动性越来越强，难以找到一个运动模型去适合所有的观测对象。本文提出利用ELM神经网络对脱靶量，伺服转台位置、速度和加速度进行数据融合得到目标位置、速度及加速度。
针对ELM神经网络运算量大，对ELM神经网络算法进行优化，缩短了运算时间，运算时间大约为4.58ms，达到了光电跟踪系统的实时性要求。并根据某光电跟踪系统的实验数据进行了ELM神经网络数据融合仿真。
针对实现共轴跟踪需要的信息源，在伺服转台上安装了角加速度传感器。分析了角加速度传感器的工作原理和模型，利用频率测试法得到角加速度传感器的传递函数，并进行滞后补偿。通过实验比较了在角加速度传感器和光电位置编码器两种方式下，分别得到的伺服转台的速度和加速度信号的优劣。
最后，基于Compax3伺服控制器建立了光电跟踪伺服平台，对平台的主要参数进行性能测试。用程序模拟了光电探测器的特性，并进行了共轴跟踪实验验证。当目标运动最大速度为50°/s，最大加速度为30°/s~2时，系统最大跟踪误差由简单闭环控制时10.35′减小到0.38′。实验结果表明本论文所采用的方法具有更高的实时性和精确度，能有效提高系统的跟踪精度。
【关键词】：
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）【学位级别】：博士【学位授予年份】：2012【分类号】：TP273;TN29【目录】：
摘要5-7Abstract7-13第1章 绪论13-23 1.1 光电跟踪系统简介13-14 1.2 光电跟踪伺服控制技术14-17
1.2.1 常用控制方法14-15
1.2.2 目标位置及运动信息预测研究概况15-17 1.3 光电跟踪系统伺服控制器发展现状17-20
1.3.1 基于微处理器的伺服控制器17-18
1.3.2 基于通用计算机的伺服控制器18
1.3.3 基于 PC/104 的伺服控制器18-19
1.3.4 基于 DSP 的伺服控制器19-20 1.4 COMPAX3 伺服控制器20 1.5 论文主要研究内容20-23第2章 复合控制与共轴跟踪23-33 2.1 引言23 2.2 复合控制理论23-26 2.3 等效复合控制26-29
2.3.1 速度、加速度滞后补偿26-28
2.3.2 预测滤波技术28-29 2.4 共轴跟踪29-30 2.5 本章小结30-33第3章 ELM 神经网络算法33-55 3.1 引言33 3.2 基于 ELM 神经网络的共轴跟踪33-38
3.2.1 ELM 神经网络原理34-36
3.2.2 基于 ELM 神经网络的目标合成与预测36-38 3.3 ELM 算法优化38-50
3.3.1 学习训练过程输入矩阵的选择39
3.3.2 学习训练过程输出矩阵的选择39-45
3.3.3 数据融合过程输入矩阵选择45
3.3.4 ELM 学习样本的选取45
3.3.5 求取隐含层输出矩阵的算法优化45-48
3.3.6 H 矩阵求逆的算法优化及神经元个数的选取48-50 3.4 ELM 系统仿真50-54 3.5 本章小结54-55第4章 实现共轴跟踪的信息源55-75 4.1 引言55 4.2 加速度计的工作原理及模型55-59
4.2.1 压电式加速度传感器工作原理55-56
4.2.2 压电式加速度计模型56-59 4.3 加速度计信息采集59-60
4.3.1 加速度计的型号59
4.3.2 硬件选择59-60 4.4 加速度计传递函数测试与校正60-68
4.4.1 测试原理60
4.4.2 频率特性测试方法60-62
4.4.3 传递函数的模型辨识62-63
4.4.4 测试结果及加速度计校正63-68 4.5 两种信息源的比较68-72
4.5.1 转台速度信息的获取68-69
4.5.2 转台加速度信息的获取69-72 4.6 本章小结72-75第5章 基于 Compax3 光电跟踪伺服控制系统设计与实验75-97 5.1 引言75 5.2 基于 COMPAX3 光电跟踪伺服系统构成75-77 5.3 COMPAX3 伺服控制器77-80
5.3.1 Compax3 初始化77-79
5.3.2 位置运动模块79-80 5.4 试验平台主要参数性能测试80-86
5.4.1 平台匀速运动数据80-81
5.4.2 平台变速运动数据81-83
5.4.3 数据的频谱分析83-86 5.5 共轴跟踪系统设计86-89
5.5.1 数据融合系统设计86-88
5.5.2 伺服系统设计88-89 5.6 共轴跟踪实验与结果分析89-94
5.6.1 光电探测器时间常数测试90-91
5.6.2 共轴跟踪实验及结果分析91-94 5.7 本章小结94-97第6章 总结与展望97-99 6.1 总结97-98 6.2 展望98-99参考文献99-105在学期间学术成果情况105-106指导教师及作者简介106-107致谢107
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在强调创新发展的今天, 创新能力成为企业构建其竞争优势的新途径。 如何
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本人郑重声明：。导师签名：
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摘要................................................................1
Abstract..............................................................2
第一章 引言 3
1.1选题的背景分析 3
1.2研究的方法与意义 3
第二章 倾听的作用 3
2.1了解对方需要 3
2.2了解对方态度 3
2.3 留下良好的印象 4
第三章 倾听的方式 4
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